一种金属基纳米复合材料的制备方法

本发明涉及金属材料制备，具体为一种金属基纳米复合材料的制备方法。

背景技术：

1、随着工业技术的飞速发展，对材料性能的要求日益提高，特别是在航空、汽车、军事和高科技领域。在这些应用中，材料不仅需要具备高强度和高硬度，还应具有良好的耐磨损性、耐腐蚀性以及在特定环境下的稳定性能。金属基纳米复合材料，作为一类新型材料，因其独特的微观结构和优异的宏观性能而备受关注。这类材料通过将纳米尺度的增强体(如纳米颗粒、纳米纤维等)均匀分散于金属基体中，显著提高了材料的力学性能和物理特性。

2、尽管金属基纳米复合材料的研究已取得一系列进展，但如何有效地提高纳米增强体在金属基体中的分散均匀性、确保界面结合质量以及优化复合材料的综合性能仍然是研究的热点和难点。此外，不同金属基体与纳米增强体的相容性、最优加入量及其对材料性能的影响等方面的研究仍需深入。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种金属基纳米复合材料的制备方法，在保持高强度和硬度的同时，通过优化纳米增强体的分布和界面结合，保留了材料的延展性，增强了材料的抗断裂能力。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种金属基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、提供一种金属基体；在制备金属基纳米复合材料时，首先需要选择适当的金属基体，不同的金属基体具有不同的物理性质和应用特性。

4、s2、将纳米增强体按照金属基体重量的0.5％～3％加入至金属基体中；将纳米增强体按照一定比例加入金属基体中，可以有效地提高复合材料的强度、硬度和耐磨性，适量的纳米增强体可以在金属基体中实现均匀分散，从而最大限度地提高复合材料的性能。

5、s3、在保护气氛下，通过熔炼与合金化将纳米增强体与金属基体混合；在保护气氛下进行熔炼与合金化可以有效地防止金属基体和纳米增强体受到氧化和污染，确保复合材料的质量，通过加热金属基体和纳米增强体混合物，使其熔化并混合均匀，从而实现纳米增强体与金属基体的有效结合。

6、s4、采用凝固与铸造技术形成复合材料；凝固与铸造技术可以确保复合材料的组织结构均匀，从而保证材料的性能稳定性。

7、s5、对所得复合材料进行热处理，通过热处理，可以消除材料内部的残余应力，调整晶粒结构，提高材料的硬度、强度和耐热性能，从而进一步优化复合材料的性能。

8、优选的，所述金属基体为铝合金、镍基合金、钛合金、铜或低碳钢；这些金属基体在航空航天、汽车制造和其他工程领域有着广泛的应用，具有良好的机械性能和加工性能。

9、优选的，所述纳米增强体为碳纳米管、氧化锆、氧化铝或氧化铁；这些纳米增强体具有高强度、高硬度和优异的耐磨性，能够有效地提高复合材料的性能。

10、优选的，所述保护气氛为氮气或氩气；采用氮气或氩气作为保护气氛可以有效地防止金属基体和纳米增强体受到氧化和污染，确保复合材料的质量。

11、优选的，所述熔炼与合金化采用超声波处理，超声波处理的频率为20～40khz，处理时间为20～30分钟；超声波可以促进纳米增强体与金属基体的均匀混合，有助于提高复合材料的强度和硬度。

12、优选的，所述凝固与铸造过程的冷却速率为1×102～1×106k/s；通过控制冷却速率，可以调控复合材料的晶粒尺寸和组织结构，影响材料的硬度和强度。

13、优选的，所述方法还包括对热处理后的复合材料进行表面处理，所述表面处理包括阳极氧化和电解抛光；这些表面处理可以提高复合材料的耐腐蚀性能和外观质量。

14、优选的，所述阳极氧化处理的电流密度为1.0～2.0a/dm2，处理时间为1～1.5h；阳极氧化可以在复合材料表面形成致密的氧化层，提高其耐腐蚀性能。

15、优选的，所述电解抛光的电流密度范围为0.5～3.0a/dm2，处理时间为15～80min；电解抛光可以使复合材料表面获得光滑、亮丽的外观。

16、优选的，所述热处理包括固溶处理和时效处理，所述固溶处理的温度为470～1600℃，保温时间为0.5～2h；时效处理的温度为120℃～720℃，保温时间为4～24小时；热处理可以调整复合材料的组织结构，提高其强度和硬度。

17、本发明提供了一种金属基纳米复合材料的制备方法。具备以下有益效果：

18、1、本发明通过精确控制纳米增强体的加入量，本发明显著提高了复合材料的力学性能，包括提升了拉伸强度、硬度和耐磨性，满足了高性能工程应用的需求。

19、2、本发明通过在保持高强度和硬度的同时，通过优化纳米增强体的分布和界面结合，在一定程度上保留了材料的延展性，增强了材料的抗断裂能力，提升了其工程安全性。

20、3、本发明多种金属基纳米复合材料，适合应用于航空航天、汽车、军事装备、高端制造等领域，具有广泛的市场前景。

技术特征：

1.一种金属基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种金属基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属基体为铝合金、镍基合金、钛合金、铜或低碳钢。

3.根据权利要求1所述的一种金属基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述纳米增强体为碳纳米管、氧化锆、氧化铝或氧化铁。

4.根据权利要求1所述的一种金属基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述保护气氛为氮气或氩气。

5.根据权利要求1所述的一种金属基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述熔炼与合金化采用超声波处理，超声波处理的频率为20～40khz，处理时间为20～30分钟。

6.根据权利要求1所述的一种金属基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述凝固与铸造过程的冷却速率为1×102～1×106k/s。

7.根据权利要求1所述的一种金属基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，还包括对热处理后的复合材料进行表面处理，所述表面处理包括阳极氧化和电解抛光。

8.根据权利要求7所述的一种金属基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述阳极氧化处理的电流密度为1.0～2.0a/dm2，处理时间为1～1.5h。

9.根据权利要求7所述的一种金属基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述电解抛光的电流密度范围为0.5～3.0a/dm2，处理时间为15～80min。

10.根据权利要求1所述的一种金属基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述热处理包括固溶处理和时效处理，所述固溶处理的温度为470～1600℃，保温时间为0.5～2h；时效处理的温度为120℃～720℃，保温时间为4～24小时。

技术总结
本发明涉及金属材料制备技术领域，公开了一种金属基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、提供一种金属基体；S2、将纳米增强体按照金属基体重量的0.5％～3％加入至金属基体中；S3、在保护气氛下，通过熔炼与合金化将纳米增强体与金属基体混合；S4、采用凝固与铸造技术形成复合材料；S5、对所得复合材料进行热处理；所述金属基体为铝合金、镍基合金、钛合金、铜或低碳钢；所述纳米增强体为碳纳米管、氧化锆、氧化铝或氧化铁。本发明通过精确控制纳米增强体的加入量，本发明显著提高了复合材料的力学性能，包括提升了拉伸强度、硬度和耐磨性，满足了高性能工程应用的需求。

技术研发人员：杨俊瑞,罗伟,李县辉,贾红武,乔伦锋
受保护的技术使用者：洛阳理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16